Investigation of novel crystal structure and superconductivity of hydrogen-rich molecule under ultra-high pressure

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K03514
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 坂田 雅文 岐阜大学, 工学部, 准教授 (30378559)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 高圧力 / 超伝導 / 水素リッチ分子

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、非金属軽元素を主体とした水素リッチな分子に対して、ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いた100 GPaを超える高圧力の印加によって、常圧下では見られない新奇構造を形成し高温超伝導に代表される新たな物性の発現を目指している。前年度は、結晶構造中に窒素－水素－硫黄の水素結合を持つチオ尿素を出発物質として、180 GPaの超高圧力を印加することで水素化物超伝導体の合成を試みた。その結果、30~40 Kにおいて電気抵抗の落ちを観測した。
本年度は、この観測された電気抵抗の落ちが超伝導であるかどうかを、磁場下での電気抵抗測定によって検討した。その結果、磁場の印加によって電気抵抗の落ちる温度が低温側にシフトすることを観測し、この電気抵抗の落ちが超伝導によるものである可能性が高まった。この超伝導体の結晶構造を決定するためにSPring-8での放射光X線回折実験を再度行ったが、構造決定には至らなかった。また、高圧力下でのチオ尿素の構造変化を検討するために、ラマン分光測定を行った。常圧から20 GPa弱までの測定を行い、この圧力領域で水素結合の対称化は起こっていないことを明らかにした。
本研究期間を通して、水素リッチな分子を出発物質として新たな水素化物超伝導体を作製することを目的として研究を進め、上記の通り超伝導を示唆する挙動を観測するに至った。これは出発物質における水素結合に着目した結果であったが、現時点で新たな超伝導体の構造を同定するには至っていないため、期間終了後は、構造同定に注力することとしている。また、本研究で得られた合成指針を基に、他の水素リッチ分子を対象とした実験を進めることとしている。